Iluminación acromática en un sistema de gráficos y método.

Un método de generación de imágenes gráficas en un sistema de generación de gráficos(50) del tipo que define al menos una función de iluminación por vértice para el sombreado depolígono,

el método comprendiendo:

el uso de la función de iluminación (302) para calcular al menos un parámetro acromático a utilizaren una modificación posterior (304) de un color u opacidad; y

la representación de una imagen basada, al menos en parte, en el parámetro calculado;en el que dicho parámetro calculado tiene un valor negativo para la retroiluminación de unpolígono.

Iluminación acromática en un sistema de gráficos y método Descripción Campo de la invención

La presente invención hace referencia a gráficos de ordenador, y más en particular a sistemas de gráficos interactivos como las plataformas domésticas de videojuegos. Más específicamente, esta invención hace referencia a una mejora en el procesamiento de datos que utiliza una función de iluminación para producir un parámetro para su uso posterior al cambiar un color u opacidad. Aún más específicamente, la invención hace referencia a un sistema de gráficos 3D en el que un cálculo de iluminación define un parámetro como la distancia o el ángulo que se aplica a una función adicional (por ejemplo, la texturización) .

Antecedentes y resumen de la invención [0002] La mayoría hemos visto películas que contienen dinosaurios, aliens, juguetes animados y otras criaturas fantásticas extraordinariamente realistas. Dichas animaciones son posibles de hacer gracias a los gráficos por ordenador. Utilizando tales técnicas, un diseñador de gráficos por ordenador puede especificar cómo debería verse cada objeto y como debería cambiar su apariencia a lo largo del tiempo, y un ordenador entonces modela los objetos y los muestra en un visualizador como una televisión o una pantalla de ordenador. El ordenador se encarga de elaborar las variadas tareas requeridas para asegurarse de que cada parte de la imagen mostrada tiene el color y la forma correcta basándose en la posición y orientación de cada objeto en una escena, la dirección a la que la iluminación parece alcanzar cada objeto, la textura de la superficie de cada objeto, y otros factores. [0003] Debido a que la generación de gráficos por ordenador es compleja, los gráficos tridimensionales generados por ordenador hace sólo unos años estaban en su mayoría limitados a caros simuladores de vuelo especializados, terminales de trabajo de alta categoría y superordenadores. El público veía algunas de las imágenes generadas por estos sistemas informáticos en películas y anuncios caros de televisión, pero la mayoría no podía realmente interactuar con los ordenadores que llevaban a cabo la generación de gráficos. Todo esto ha cambiado con la disponibilidad de plataformas de gráficos 3D relativamente económicas, como por ejemplo, la Nintendo 64® y varias tarjetas gráficas 3D disponibles hoy en día para los ordenadores personales. Ahora es posible interactuar con emocionantes animaciones y simulaciones 3D en sistemas de gráficos informáticos relativamente económicos en casa o en la oficina.

Lake, Marshall, Harris, Blackstein: quot;Stylised rendering techniques for scalable real-time 3D animationquot; (quot;Técnicas de representación estilizada para animación 3D escalable a tiempo realquot;) describe métodos de gráficos a tiempo real para emular estilos de dibujos animados. En particular, una ecuación de iluminación se utiliza para calcular la iluminación difusa en los vértices tanto para sombreado suave como para sombreado de dibujos animados. [0005] Se conoce desde hace tiempo cómo realizar cálculos de iluminación en sistemas de

gráficos 3D basados en una variedad de parámetros (p. ej., atenuación de distancia, ángulo, haz de luz, etc.) . Tradicionalmente, los resultados de dichos cálculos de iluminación se utilizaban para modificar el color y/o la opacidad del objeto mostrado -como se documenta en una variedad de materiales estándar de referencia sobre gráficos informáticos (ver por ejemplo, Foley et al, Computer Graphics Principles and Practice (2a. Ed. 1990) en el capítulo 16 (quot;Illumination and Shadingquot;) ; y Möller et al, Real Time Rendering (A K Peters 1999) en la sección 4.3 y siguientes (quot;Lighting and Shadingquot;) ; Rogers et al, Procedural Elements for Computer Graphics (2a Ed. McGraw-Hill 1997) en la sección 5.2 y siguientes (quot;Illumination Modelsquot;) ; Neider et al, OpenGL Programming Guide (Addison-Wesley 1993) en el capítulo 6 (quot;Lightingquot;) ; and Kovach, Inside Direct3D (Microsoft Press 2000) at Chapter 5 (quot;Direct3D Vertices and the Transformation and Lighting Pipelinequot;) . Por ejemplo, las técnicas conocidas como sombreado Gouraud y sombreado Phong modifican el color de una superficie mostrada dependiendo del efecto de luz modelado por una ecuación de iluminación. Como ejemplo, un foco de luz brillante que resplandece sobre una superficie brillante puede tener un efecto de blanqueamiento del color de la superficie en los puntos donde resplandece la luz. Esto se consigue a menudo en un sistema de gráficos convencional con un rasterizador que determina el color de cada píxel en la superficie mostrada de una superficie primitiva basada en el color primitivo (a menudo definido en una base vértice por vértice) y en el resultado de la ecuación o ecuaciones de iluminación. [0006] Un problema al que se enfrentaban los diseñadores de sistemas de gráficos en el pasado era cómo crear de manera eficaz imágenes que no fueran fotorrealistas, como los personajes de dibujos animados. Durante muchos años, la mayoría del trabajo en el campo de los gráficos se centraba en crear imágenes que fueran tan realistas como las fotografías. Sin embargo, más recientemente ha crecido el interés por las imágenes que no son fotorrealistas. [0007] Un tipo de formación de imágenes no fotorrealistas que ha generado interés recientemente es el proceso de automatizar las imágenes de los personajes de dibujos animados. Durante el apogeo de la elaboración a mano de los dibujos animados en los años treinta y cuarenta, los artistas creaban maravillosos personajes de dibujos animados que cambiaban dinámicamente de plano en plano. Estos dibujos animados elaborados a mano de muchas maneras fijan el estándar para la representación de dibujos animados. Los dibujos animados no pretendían parecer realistas Al contrario, los dibujos animados se diseñaban para aparecer como caricaturas. Por ejemplo, en tales dibujos animados, la cara de una persona puede aparecer blanca como la pared con mejillas rosadas definidas por una coloración roja brillante o un rosa rojizo. A medida que el personaje se mueve a través de la escena, la coloración de las mejillas puede cambiar dinámicamente según coloree a mano el artista cada plano. Dichos efectos dinámicos son fascinantes de ver y añaden interés a las imágenes de los dibujos animados. [0008] Desgraciadamente, el arte de dibujar a mano los dibujos animados de los años treinta y cuarenta era muy caro y llevaba mucho tiempo. Además, la gente ahora quiere utilizar videojuegos y juegos de ordenador para interactuar con los personajes de dibujos animados. Pese a que los videojuegos han tenido éxito durante años en su representación dinámica de los personajes de dibujos animados de manera interactiva, nunca han conseguido los detalles del arte manual de los últimos dibujos animados dibujados a mano. Pese a que se ha trabajado mucho en el tipo de sistemas de alta categoría para crear dibujos animados y otras imágenes no fotorrealistas, todavía existen posibles y deseables mejoras. [0009] US 6.034.693 describe un aparato sintetizador de imagen, y un método sintetizador de imagen, y un medio de almacenamiento para representar el lado frontal y posterior de un polígono. El método de US 6.034.693 determina si debe mostrarse el lado frontal o el posterior de un polígono. Si el lado frontal debe mostrarse, una primera textura se mapea con el polígono, mientras que si se determina que debe mostrarse el lado posterior del polígono una segunda textura se mapea con el polígono. [0010] La presente invención proporciona mejoras en el efecto no fotorrealista y otros efectos de imagen que pueden implementarse utilizando un sistema de gráficos de bajo coste como, por ejemplo, una plataforma doméstica de videojuegos o el acelerador de gráficos de un ordenador personal. [0011] De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para generar imágenes gráficas en un sistema de generación de gráficos del tipo que define al menos una función de iluminación por vértice; el método comprende el uso de la función de iluminación para calcular al menos un parámetro acromático a utilizar en una modificación subsecuente de un color u opacidad, y la representación de una imagen basada, al menos en parte, en el parámetro calculado, en el que dicha función de iluminación calcula un parámetro negativo para la retroiluminación. [0012] La función de iluminación es del tipo típicamente utilizado para iluminar objetos dentro de una escena y se utiliza para producir un parámetro diferente al color. Tal parámetro se utiliza para modificar un color u opacidad de un objeto. [0013] Un cálculo de iluminación lleva a cabo una iluminación por vértice para proporcionar salidas de componente de... [Seguir leyendo]

1. Un método de generación de imágenes gráficas en un sistema de generación de gráficos (50) del tipo que define al menos una función de iluminación por vértice para el sombreado de polígono, el método comprendiendo: el uso de la función de iluminación (302) para calcular al menos un parámetro acromático a utilizar en una modificación posterior (304) de un color u opacidad; y la representación de una imagen basada, al menos en parte, en el parámetro calculado; en el que dicho parámetro calculado tiene un valor negativo para la retroiluminación de un polígono.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado además porque el parámetro comprende al menos una coordenada de textura (S) .

3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la función de iluminación (302) calcula dicho al menos un parámetro basado, al menos en parte, en la distancia de atenuación entre un vértice y una fuente de iluminación.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque dicha función de iluminación (302) calcula dicho al menos un parámetro basado, al menos en parte, en el ángulo entre la fuente de luz en dirección al vértice y la normal de la superficie.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque dicha función de iluminación (302) calcula dicho al menos un parámetro basado, al menos en parte, en una posición de vértice del vector.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque dicha función de iluminación (302) define una función basada en la posición de superficie, la orientación de superficie y la posición de al menos una luz.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha función de iluminación (302) puede utilizar una iluminación difusa o especular.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de representación comprende generar una textura para una superficie basada, al menos en parte, en dicho parámetro.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicha etapa de representación comprende el mapeado de textura utilizando una textura de una dimensión indexada por el mencionado al menos un parámetro.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado

porque el método también incluye: el uso de una función de iluminación (302) para generar al menos un valor de color u opacidad; la conversión de dicho valor de color u opacidad en al menos una coordenada de textura (S, T) ; el uso de dicha coordenada de textura en al menos una operación de mapeado de textura (306) ; y el uso de los resultados de dicha operación de mapeado de textura (306) para modificar el color o la opacidad de al menos una superficie visible en una imagen animada generada de manera dinámica.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicha operación de mapeado de textura (306) comprende el mapeado de una textura unidimensional en respuesta a dicha coordenada de textura.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque dicha operación de mapeado de textura (306) comprende el mapeado de pinceladas en salidas de cálculo de la iluminación dinámica.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 10 a la 12, caracterizado además porque dicha coordenada de textura (S, T) puede estar generada negativamente para definir la retroiluminación de una imagen animada.

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha función de iluminación (302) define una primera coordenada de textura (S, T) para dicho mapeado de textura y una segunda coordenada de textura se deriva de una fuente diferente a dicha función de iluminación (302) .

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha función de iluminación (302) comprende una función de iluminación difusa.

16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha función de iluminación (302) comprende una función de iluminación especular.

17. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque dicha función de iluminación (302) comprende una función de iluminación de distancia de atenuación.

18. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha función de iluminación (302) comprende una función de iluminación de foco de luz.

19. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque los parámetros generados pueden estar calculados en una plataforma anfitrión o calculados utilizando la función de iluminación (302) , como se requiera.

20. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque un parámetro generado se utiliza para seleccionar un texel dentro de una textura

unidimensional (1D) y un segundo parámetro se utiliza para seleccionar qué textura 1D utilizar.

21. Un sistema de generación de gráficos del tipo que define al menos una función de iluminación por vértice (302) para el sombreado de polígono, el sistema comprendiendo: un medio para utilizar la función de iluminación (302) para calcular al menos un parámetro acromático a utilizar en una modificación posterior (304) de un color u opacidad; y un medio para la representación de una imagen basada, al menos en parte, en el parámetro calculado; dicho parámetro calculado teniendo un valor negativo para la retroiluminación de un polígono.

22. El sistema de acuerdo con la reivindicación 21, comprendiendo además: una tubería de datos de iluminación (300) que comprende al menos un primer y un segundo canal, dicha tubería de datos de iluminación (300) recibiendo la información por vértice y las definiciones de iluminación, y calculando parámetros de vértice iluminado en respuesta a dichas definiciones por vértice y de iluminación; una unidad de textura (500) asociada a dicha tubería de datos de iluminación (300) , dicha unidad de textura (500) realizando al menos una operación de mapeado de textura utilizando al menos una de dichas salidas de tubería de datos de iluminación (300) como al menos una coordenada de textura; y un mezclador (700) asociado a dicha tubería de datos de iluminación (300) y a dicha unidad de textura (150) , dicho mezclador (700) mezclando información cromática y/o de opacidad obtenida a partir de dicha tubería de datos de iluminación (300) con texels obtenidos a partir de dicha unidad de textura (500) para obtener una representación de imagen.

23. El sistema de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado además porque las salidas de la tubería de datos de iluminación (300) comprenden al menos una coordenada de textura.

24. El sistema de acuerdo con las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado además porque la salida de la tubería de datos de iluminación (300) se calcula basada, al menos en parte, en la distancia de atenuación entre un vértice y una fuente de iluminación.

25. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 22 a la 24, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) se calcula basada, al menos en parte, en el ángulo entre la fuente de luz en dirección al vértice y la normal de la superficie.

26. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 22 a la 25, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) se calcula basada, al menos en parte, en una posición de vértice del vector.

27. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 22 a la 26, caracterizado además porque dicha salida de tubería de datos de iluminación (300) define una función basada

en la posición de superficie, la orientación de superficie y la posición de al menos una luz.

28. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 27, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) se calcula en forma de un parámetro negativo para la retroiluminación.

29. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 28, caracterizado además porque dichas salidas de la tubería de datos de iluminación (300) pueden ser para iluminación difusa o especular.

30. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 29, caracterizado además porque dicha unidad de textura (500) utiliza una textura unidimensional indexada por dicho al menos un parámetro.

31. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 30, caracterizado además porque dicha unidad de textura (500) mapea las pinceladas en salidas del cálculo de iluminación dinámica.

32. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 31, caracterizado además porque dicha coordenada de textura (500) puede estar generada negativamente para definir la retroiluminación de una imagen animada.

33. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 32, caracterizado porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) define una primera coordenada de textura para dicho mapeado de textura y una segunda coordenada de textura para dicho mapeado de textura (500) se deriva de una fuente diferente a dicha salida de iluminación (302) .

34. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 33, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) comprende una función de iluminación difusa.

35. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 34, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) comprende una función de iluminación especular.

36. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 35, caracterizado además porque dicha salida de la tubería de datos de iluminación (300) comprende una función de iluminación de atenuación de distancia.

37. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de la 22 a la 36, caracterizado además porque dicha salida de iluminación comprende una función de iluminación de foco de luz.

EJEMPLO DE MAPEADO DE TEXTURA 1D

EJEMPLO DE MAPEADO DE TEXTURA 2D

EJEMPLO DE TEXTURA 2D